（采矿工程专业论文）基于gis的地质灾害信息管理系统的设计与规划.pdf

摘要 本文在查阅大量文献的基础上，以基于g i s 的地质灾害信息管理 系统的设计与规划为主题，对基于g i s 的地质灾害信息管理系统的设 计理论、数据库和模型的建立进行了全面的论述。在此基础上，对地 质灾害信息管理系统应用软件的实现进行了初步设计研究，并利用湖 北省地质灾害的一些资料进行了地质灾害示范性评价及发展预测。本 文的主要研究成果如下： 1 采用数据库技术，对空间数据库的概念设计、逻辑设计和物 理设计提出一套可行的办法，并运用模糊数学的理论建立了矿山地质 灾害信息管理系统的区划评价模型。 2 利用v b 作为开发语言，以m a p i n f 0 7 0 为开发平台，实现了 m a p i n f o 的某些工具按纽功能，通过编写一定的应用程序使m 印i n f 0 库 联结a c c e s s 属性库，实现了空间数据的查询和管理的功能。 3 采用o l e a u t o m a t i o n 和m a p x 两种方式跨平台集成二次开发 g i s 应用软件，并充分利用和m 卵i n f o 的一些现有控件的功能， 实现系统的无缝连接。 4 提出了用路由器或代理服务器来构成防火墙，并辅以数据加 密技术来加强地质灾害信息管理网络安全。 5 应用基于g i s 的地质灾害信息管理系统对湖北省地质灾害进 行了区划评价和预测评价，取得了良好的效果，说明基于g i s 地质灾害 管理信息系统在地质灾害危险程度区划评价和预测评价的可行性。 关键词：地质灾害，设计与规划，地理信息系统，二次开发，空间数据库 d e s i g n i n g a n d p l a n n i n g o ft h e g e o l o g i c a lh a z a r d i n f b r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e ms u p p o r t e db y t h eg i s ( m i n eg 憎d u a t e ：d a o p j n g 、v a n gs u p e r v i s o r ：p r o k e p i n g z h o u ) a b s t r a c t m a n yd o c 啪e m sa r eu s e di nm i sa r t i c l ea ss o u r c em a t e r i c a l s i ti ss u b j e c to f d e s i g n i n ga n dp l a n n i n go ft h eg e o l o g i c a lh a z a r d i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m s u p p o n e db ym eg i s ，a n de x p l a i n st 1 1 et h e o r yo f d e s i 厚1 、t 1 1 ee s t a b l i s h m e n to f d a t a b a s e a 1 1 dm o d e la b o u tg e 0 1 0 9 i c a lh a z a r dm i sb a s e do ng i s t h eb a s i cd e s i g no fa p p l i c a t i v e s o r w a r ea b o u tg h m i so n 也eb a s i so fp r e c e d i n ga n a l y s i si sr e a 王i z e di nt h i sa n i c l e ， a n dt h ed e m o n s t r a t i o no f g e o l o g i c a lh a z a r dr e g i o n - p l 枷n g e v a l u a t i o na n dp r e d i c t i o n h a sa i s ob e e nb u i l tu p b yu s i n gt h ed a t af b m h u b e ip r o v i n c e ，i t sm a i na c h i e v e m e n t o fr e s e a r c hi sa sf d l o w ： l 、as e to f v i a b l e 、v a y si sp u tf o n v a r di i lt h ep h y s i c i a ld e s i g n 、t h ec o n c e p t u a l d e s i g n 、 t h e 1 0 9 i c a ld e s i g n o f s p a t i a l d a t a b a s e b ya d o p t i n g t h ed a t a b a s e t e c h n o l o g y ，a 1 1 dt h em o d e io fm i i l eg h m i s 糟g i o n a 王一p 妇皿n ge v a l u a t i o ni sb u i l tu p b y m a k i n g u s eo f v a g u em a m e m a t i ct b e o u 2 、s o m et o o l so f m a p i n f oa r ci m e g r a t e di n t ot h ea p p l i c a t i v es y s t e mb yr e l y i n go n v ba n dm 印i n f 0 7 0 ，a n dy o uc a l lc o 皿e c tt h ed a t a b a s eo fm a p i n f ow i t ha t t r i b m e d a t a b a s eo fa c c e s st or e a l i z et h ef i m c t i o n so fi n q u i r ya j l dm a n a g e m e n tb yt a k i n g p r o g r 砒n m e r sc o d e s 3 、t h e i n t e g r a t e dc r o s s p l a t f o h ns e c o n d a r yd e v e l op 】m e mo f 印p l i c a t i v eg i s s o f r ei s a d o p t e di nt 1 1 i sa n i c l eb yu s i n gt w om e t h o d so fo u 三a u t o m a t i o na n d m a p xt e c h n o l o gy ，a n d，i t c a na l s or e a l i z em e c o 印1 i n g f 曲c t i o nw i t h o u t a n y o b s t r u c t i o n b ym a k i n g 矗i l l u s eo f m ec o n t r o l s 如n c t i o no f v ba n d m a p i 幽一 4 、t h i sa r t 把l er a i s e ss ra t l dp r o x ys e n ，e rt h a tc o n s t i t u t ef i r e w o r k i na d d i t i o n d a t ae n c i p h e r i n g t e c l l l l o l o g ys h o u l d b eu s e d t oe n f o r c en e t w o r k s a f e t v 5 、t h ed e m o n s t r a t i o no fg e 0 1 0 9 i c a l l l a z a r d r e g i o n a i p l a n n i n g e v a l u a t i o na n d p r e d i c t i o nh a sb e e nb u i l tu pb yu s i n gt 1 1 eg e o l o g i c a lh a z a r di n f o r n l a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e ms u p p o r t e db yt h eg i si i lh u b e ip m v i n c e ，t h er e s u l t sa r eb e t t e ra n ds u g 窖e s t g h m i so nm eb a s i so fg i si sr e l i a b l e i n g e 0 1 0 9 i c a lh a z a r dr i s kr e g i o n p l a l l i n g e v a l u a t i o na n d p r e d i c t i o n k e yw o r d s ：g e o l o g i c a lh a z a r d ，d e s i g n i n ga n d p l a n n i n g ；g i s ，s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ， s p a t i a ld a t a b a s e i i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本 研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说明。 作者签名： 日期：年月一日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根 据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名： 导师签名日期：年一月一日 硕士学位论文 绪论 第一章绪论 1 1 背景介绍 2 1 世纪是信息的世纪，如何获得高速、准确的信息并及时地交流和管理信 息已成为国家、企业和决策部门的迫切需要。地质环境变化是一种动态变化过程， 其预测与防治研究是一项庞大的系统工程，所涉及的数据是巨大的。如何利用现 有的信息化进程及时进行地质灾害的现状评价和发展预测，为国家制订减灾防 灾、国土开发与整治、经济建设和社会发展规划提供宏观决策依据，这一问题已 摆在地质灾害管理与决策部门面前，因此研究地质灾害的信息管理系统显得十分 重要。 随着计算机软、硬件技术的飞速发展，信息技术( i t ) 得到了迅猛的发展， 因此也极大的推动了信息管理系统的发展，在大型企业和一些国家矿山部门都建 立了多级的专门的管理信息系统，在更大的范围内实现计算机资源和信息资源的 共享。然而对于地质灾害的信息管理，由于它所涉及的数据具有很强的空间结构， 现有的数据信息管理方法已不能满足当前工作的需要。地理信息系统( g i s ) 作 为一种计算机技术，其强大空间信息管理和分析功能为地质灾害信息的规划化管 理提供了有力的工具，如何利用g i s 进行地质灾害的信息管理、在g i s 平台与 地质灾害之间架设一条“桥梁”【l 】，并探索出一条基于g i s 的地质灾害信息管理 系统的道路具有十分重要的意义。 1 2 现有的地质灾害信息管理现状 国外尤其是发达国家由于g i s 起步较早，应用g i s 在地质灾害信息管理研 究方面已做了很多工作，现已达到了网络g i s 。我国应用g i s 技术开展地质灾 害信息管理工作起步较晚，研究程度也比较低，尤其在一些偏远地区的矿山企 业，目前很多的大型矿山对大量的地质灾害信息的管理主要采用档案的人工管 理方式，既费时又费力且效益不好，但随着g i s 理论与技术在资源环境中应用 日益成熟，它强大的空间分析功能和海量数据管理优势提供了极大的便利，越 来越多的单位和个人开始从事地质灾害信息管理方面的工作，国土资源部于 1 9 9 8 年底展开新一轮国土资源大调查，由成都理工学院牵头进行“地质灾害信 息系统及防治决策支持系统”专项开发的试验研究f5 1 ，该系统对地质灾害的信 息管理发挥重大的作用。 1 2 1 地质灾害信息管理系统的应用分析 从计算机技术的角度来看，c h m i s 系统的主要功能是信息处理，包括信息 采集与更新、检索与查询、信息的可视g 毽功能以及信息的输出。而该系统的研 究目的在于解决地质灾害数据信息处理技术和区划空间分析模型两方面，也就是 在g i s 工具系统处专业应用系统的支持下，结合地质灾害工作中空间住处管理、 堡主堂丝笙兰一! i 鱼 分析和预测评价的实际需要，进行地质灾害方面的应用研究1 3 】，探索传统的地质 灾害分析方法与g i s 信息技术进一步结合的关键技术问题，开发应用性空间分 析模型，为实现工程地质分析研究的多源、实时、动态、形象管理提供快速有效 的技术途径。 由于地质灾害信息管理系统的用户是基层数据采集者和领导决策部门，而非 面对以科学研究为目的的高层技术人员，因此，用户的需求首先体现在感观世界 上，由于i n t e m e t 的超链接与j a 、a 、a c t i v e 等技术的发展，人们已经习惯于与丰 富多彩的w e b 页面及多媒体效果相接触，这就促使他们对本系统有了新期望。 其次在内容选择上，要求以实际分析需要的主要信息项目为主，尽量避免与其它 相关系统的重复，避免大而全，对应用系统来讲，并不是信息划分的越细使用就 越方便，相反会导致检索和应用上的繁琐，降低其作用效率，因此要注意信息结 构的层次性、简洁性，尽量简化背景信息，适当优化专门信息。对于地质灾害信 息管理系统，空间分析模型是开发的主要方面，应充分发挥与信息系统相结合的 各种分析模型的作用，迸行科学有效的评价和令人满意的决策。 1 2 2 地质灾害信息管理系统的开发现状与趋势 地质灾害信息系统是应用型的地理信息系统，它的发展在很大程度上依赖目 前g i s 技术的现状，随着g i s 技术的进步而不断前进，考察地质灾害信息系统 的发展现状与趋势，首先必须考察地理信息系统的发展现状与趋势。 1 2 2 ，1 地理信息系统( g 1 s ) 发展现状与趋势 地理信息系统是起始发展于2 0 世纪6 0 年代，8 0 年代取得突破性进展的一 门空间数据管理科学、智能化的高新技术，是介于信息科学、空间科学、和地球 科学之间新兴的边缘学科。 世界上第个g i s 是在1 9 6 3 年由加拿大测量学家r f 托姆森提出的，并 花了三年时间建立世界上第一个g i s 一1 ：5 0 0 0 的加拿大地理信息系统，它主要用 于土地资源的管理与开发。不久美国哈佛大学研究出了较完整系统软件s y m 印， 但由于计算机水平不高，该系统带有更多的机助制图色彩，地学分析功能极为简 单。进入7 0 年代以后，由于计算机硬件和软件的快速发展，为空间数据的录入、 存储、检索和输出提供了强有力的手段，g i s 也向实用方向发展。一些发达国家 先后建立了许多专用性的土地信息系统和地理信息系统。与此同时，一些商业公 司开始活跃起来，软件在市场上也很受欢迎，据不完全统计，有3 0 0 多个系统投 入使用。8 0 年代是g i s 普及和推广应用的阶段，由于计算机及其网络技术的发 展，计算机空间信息系统得到了广泛的应用，g i s 的应用从解决基础设施的规划 ( 如道路、输电线) 转向更复杂的区域开发和规划，许多国家还与遥感技术相结 合，开始用于全球。进入2 0 世纪9 0 年代以来，g i s 已渗入到各行各业，愈来愈 2 硕l 学位论文 绪论 多的学科把g i s 作为发展方向。在北美和西欧一些国家，g i s 已经被纳入i t 之 中，在政府的统计和法律文件中，给予了g i s 明确的地位。甚至一项地理信息 标准，需要由国家首脑颁布法令加以实施。在联合国，也设立了专门机构和召开 了专门会议讨论g i s 的应用。 我国g i s 的发展较慢，但发展势头迅猛，大体上经过了四个阶段，即准备 ( 1 9 7 卜1 9 8 0 ) 、起步( 1 9 8 0 一1 9 8 5 ) 、发展( 1 9 8 5 一1 9 9 5 ) 、产业化阶段( 1 9 9 6 年以后) 。g i s 已在许多部门和领域得到应用，并引起了政府部门的高度重视。 从应用方面看，地理信息系统已在资源开发、环境保护、城市规划建设、土地管 理、农作物调查、交通、能源、通迅、地图测绘、林业、房地产开发、自然灾害 的监测与评估、金融、保险、石油与天然气、军事、犯罪分析、运输与导航、1 1 0 报警系统、公共汽车调度等方面得到了具体的应用。 1 9 7 0 一1 9 8 0 年准备阶段，正式提出倡议，开始组建队伍和实验研究。1 9 8 0 一1 9 8 5 起步阶段，主要是对地理信息系统进行理论探索和区域性实验研究，并 在此基础上制定国家地理信息系统规范，如1 9 8 5 年国家资源与环境信息系统实 验室成立。1 9 8 5 1 9 9 5 发展阶段，地理信息系统被国家列入国家“七五”攻关 项目，取得了重要进展，形成了比较系统的研究计划：国家规范与标准的建立、 全国性和区域性的信息系统的建立、开发软件系统和专家系统、综合性专题性信 息系统的开发。1 9 9 6 年以后为软件商品化阶段，国产g i s 软件的发展喜人与 国外的一些优秀软件的差距正在逐步缩小，个别领域已经超过了国外水平，在某 些应用领域具备了与国外竞争的实力。 g i s 技术的发展已经取得了巨大的成就，并对社会的发展作出了巨大的贡 献，但人们的期望和要求来讲还远远不够，g i s 的进一步发展趋势主要表现在以 下几个方面：多媒体地理数据的管理与操作、数字制图技术、“3 s ”集成技术、 空间可视化技术与虚拟现实技术、三维g i s 和时代g i s 技术、网络g i s 和w w w g i s 技术【2 7 】，o i s 发展的下一阶段也许是g i s 造型语言( g e o g r a p h i ci n f o n n a t i o n m o d e l i n gl a n g u a g e ) 。超文本语言( h t m l ) 和虚拟现实造型语言( v 蹦l ) ，能够在 i n t e m e t 上很好的描述和表达文字、多媒体和图形。目前，组件式g i s 和w 曲g i s 已经成为许多大型g i s 公司产品的开发方向。组件式g i s 的最大好处是能够使 g i s 功能嵌入其它软件【3 “，或将其它软件功能引入到g i s 中来。i n t e r g r a p h 称该 公司已经进入组件式g i s 的时代，其j u p i t e r 计划，正在移植和开发多种组件式 g i s 。e s r i 在组件式g i s 方面也作了新的探索，推出了以m a p o b j e c t s 为代表的 新一代g i s 。m a p i n f 0 公司也不示弱，投入巨资开发m a p x 冽，具有很好的发展前 景。 塑主兰垡堡奎 一! i 坠 1 2 2 2 地质灾害信息系统的开发与应用现状 随着g i s 技术的成熟与发展，g i s 在地质灾害信息处理中行到了广泛的应用， 以g i s 技术为基础的地质灾害信息系统已由开发阶段转入实用。 根据现有资料，将g i s 应用于地质灾害研究，最早是美国加利福尼亚m e n i o p a r k 地调局的e a r le b r a b b 于1 9 8 6 年应用g i s 技术对加利福尼亚s a i lm a t e o 地 区进行了地质灾害研究，使用了g i s 的数据处理，数字绘图及数据管理等功能。 1 9 8 9 年美国的m i c h a e la f i r u l e y 和n a l l c yr b a l n 用g 1 s 技术分析滑坡灾害。印 度r 0 0 r k e e 大学地球科学系的r p g u p t a 和b c j o s h i 用g i s 方法对喜马拉雅 山麓的r 跚g 胁g ac a t c h m 吼地区进行滑坡灾害危险性分带。意大利a c a h 撇等 学者( 1 9 9 1 ) 将g i s 技术与统计模型结合应用于滑坡灾害的评价。新西兰学者 r s o e 衙s 等( 1 9 9 1 ) 将g i s 技术与遥感技术( r s ) 结合应用于同地质灾害分析 与环境评价。法国的e 。l e r o i 等( 1 9 9 2 年) 将遥感技术与g i s 技术应用于滑坡灾 害制图工作，科罗拉多州大学m a r i om e j i a n a 、，a 附博士后等人( 1 9 9 6 ) 将 g i s 技术与决策支持系统( d s s ) 结合，利用g i s ( 主要是地理资源分析支持系 统g r a s s 软件) 及工程数学模型建立了自然灾害及风险评估的决策支持系统并 应用在科罗拉多州的g l e n w o o ds p 打n g s 地区，对泥石流、洪水、地面沉降、由风 引起的火灾等灾种进行了敏感性分析、脆弱性分析及风险评估，以辅助政府部门 作出决策。 国内应用g i s 技术开展地质灾害工作起步较晚，研究程序较低。目前，尚 无见到较成熟实用的地质灾害评价预测的g i s 系统。郑世书、孙亚军等( 1 9 9 4 ) 在煤矿地下开采工作面涌水预测及矿山岩溶水害预测【2 6 中应用了g i s 技术。原 地质矿产部水文地质研究所在“八五”期间承担的国家攻关项目专题研究“京津 唐地质灾害预测防治计算机辅助决策系统”获得了国家“八五”重大科技成果奖。 成都理工学院地质灾害防治与地质环境保护国家专业实验室1 9 9 7 年承担的“山 区小流域地质环境及地质灾害预测的g i s 系统”的项目，并在贵州印江流域开 展实际预测应用。国土资源部于1 9 9 8 年底展开的新一轮国土资源大调查与评价 的科学技术试验( 示范) 工作，由成都理工学院牵头，全国地质环境监测总站及 国土资源部长江三峡地质灾害肪治指挥部参加，进行“地质灾害信息系统及防治 决策支持系统”专项开发的试验研究。 1 2 - 3 我国g h m i s 系统的不足 随着g i s 技术的日益成熟和计算机信息技术的飞速发展，我国利用g i s 技 术开展地质灾害信息管理工作取得了长足的进步，但由于起步较晚，研究程度也 比较低，还无法满足用户的新需求，主要体现在以下几个方面： 1 ) 系统的开发人员大都是地学出身，计算机编程能力有限，要么就是从事 4 堡主兰堡堡兰! l 鱼 纯软件开发的设计部门，缺乏对地质灾害工程系统性和前瞻性的结构框 架，造成封闭式的单项系统、不同系统无法进行交流，不利于国家地质灾害的统 一管理。 2 ) 我国地质灾害灾害信息管理系统建设周期太长。一个系统从规划到启 动，到系统建设和完成，往往需要2 3 年以上的时间，在这个过程中，软件、硬 件技术发生了很大变化，如果系统设计缺少一点前瞻性，往往系统刚建起来就过 时了。系统建设是无形的，时间长了，难以得到单位领导和同事的认同与支持。 从经济的角度讲，这也不利于发挥g i s 的效益。 3 1 规范性问题。标准和规范是系统技术的重要内容，这里所说的规范性， 是指系统建立过程的规范性。目前，从标书的制定、用户需求调查、系统方案的 审定到系统开发和实际应用这一过程，仍没有规范可循。用户往往不知道自己所 耍达到的具体目标，开发者也不清楚具体业务要求，许多问题都处于不明确之中。 往往一个系统的开发过程也是一个不断磨合的过程，造成很大的混乱和浪费。我 们认为，各行业有必要尽快制定地质灾害信息管理行业工程规范。就是系统的用 户分析、系统设计、数据库建设、系统开发、应用和效益分析，作出明确的规定， 用以指导系统建设。 4 ) 我国的g h m i s 产品开发与市场需求有较大的差距，仍然处于研究式 模式。在软件的市场化，包括产品包装、培训与维护 3 4 】，还没有形成体系，这 方面的工作仍有待系统各界的共同努力。 5 ) 应用部门的观念问题，尼葛洛庞帝在数字化生存一书中说过，比特 总是要代替原子的，这是无法逆转的。但就目前我国的普遍水平说，大多数人仍 然愿意停留于“原子水平”，停留于“纸”张上，不易接受数字化的计算机，发 展g i s 仍需要有一个阶段。此外，个别单位把g i s 应用信息系统，当成装门面 的玩意，并不是从应用着想系统建设常常出现一时的熟度，未能使其发挥应有 的作用和效益。所以，要建设好系统和要发挥系统的作用，很大程度上需要单位 领导切实转变观念，跟上信息时代的步伐，需要对系统建设和应用给予高度重视。 6 ) 系统的综合应用和深化应用，也是系统建设的重要问题之。在一些城 市，一个部门建立了系统，建立了基础空间数据库【3 ”，应该让其发挥作用，使 更多的部门得以应用。但是，人们往往习惯于部门封锁状态，一些城市同时建立 两套以上类似系统的情况，大有存在。这样既造成重复建设的浪费。也不利于提 高系统应用的水平。如何使系统发挥其最大作用，或者，将系统建在什么部门， 本来就是一个课题，国外早有研究。我们认为，香港地政署的l i s 是一个很好的 模式。它集中了城市和各个地区各种比例尺的空间数据，尽可能地提供给政府和 公司等各用户。这样做，能够既能保证数据质量和规范性，又体现了高时间效率 塑兰堡丝兰一! i 鱼 和高经济效益。 1 3 本文的立题依据及主要研究内容 1 3 1 基于g l s 的她质灾害管理信息系统的优势 地质灾害是一种活跃的动态环境变化过程，它的预测与防治是一项庞大的系 统工程，所涉及的数据信息是巨大的，具有很强的空间特性。一些部门对大量的 地质灾害信息还采用档案的人工管理方式，这既费时、费力而且效益不好，一些 部门虽有一定规模的数据库或信息管理系统，但在总体上规模化程度比较差、利 用率很低，还用一些部门采用传统的管理信息系统的方法进行信息收集、传输、 处理和决策，但它缺乏空间特性和空间分析能力。这些传统的、分散式的数据信 息管理已无法满足当前日益严重的地质灾害现状，随着g i s 技术的f | 益成熟， 其强大的空间信息管理和分析功能为地质灾害研究提供了有力的工具，使地质灾 害研究工作进入了一个新的信息化、数字化、定量化阶段。 基于g 璐盼地蔸 乏宅揩理信息系统的开发充分利用了可视化软件丌发工具的高 效方便的编程功能和地理信息系统工具软件完备的空间数据可视化分析处理功 能【h ，一般情况下由于本系统的开发者大都是从事地学的专业人员，很容易理 解用户的需求。这样为系统的开发排除了一大难题。虽然在购买g i s 工具软件 上要发很多钱，但相对开发者在开发过程中绞尽脑汁所花的代价还是物有所值。 本系统利用了无缝联结技术，它能使程序设计人员充分利用已有软件的功能模 块，从面大大缩短了软件的开发周期，减少了软件开发成本。利用无缝联结技术 程序设计人员可以将多个应用软件的功能模块有机地集成在一起，利用它们来共 同完成某项任务，用户通过系统界面操作各应用软件的功能模块，实现各应用软 件间的数据通讯，完成自己预定的任务，但不会觉察到各应用软件的存在。 因此基于g i s 地质灾害管理信息系统给地质灾害部门管理、决策带来了多 方面的优势：加强了各灾害部门之间以及部门之外的信息交流，采用了i n t e m e t 技术大大方面了信息收集、传输，节省了开支。还有就是技术上投入费用较少， 建设费用、通信费用也较少；其次采用基于g i s 地质灾害管理信息系统后，可 以节省许多传统的办公费用。如纸张、复印、传真、开会、出差等支出；节省了 人力和提高工作效率。采用i m e m e t 的协作与交流，简化了行政手续，减少了相 关的行政人员；将地质灾害的有关信息发布在基于g i s 地质灾害管理信息系统 上，并用电子文件取代了书面文件，将大大提高部门的工作效率。 1 3 2 研究基于g i s 的地质灾害管理信息系统的意义 随着信息技术、计算机技术、g i s 技术的飞速发展，我国的地质灾害管理信 息系统也广泛应用起来。但由于我国的地质灾害管理信息系统起步较晚，还存在 着很多不足，可以说到现在为此还没有比较令人满意完善的系统。因此，要想使 颂士学位论文 绪论 我国的地质灾害管理信息系统真正发挥它应有的功能和优势，必须对的技术和原 理进行系统分析，并在此基础上设计规划出切实可行的方案出来。 基于g i s 地质灾害管理信息系统的设计和规划旨在利用当令比较流行且实 用的g i s 技术对地质灾害信息系统的开发方法、开发过程、网络实施方案、网 络管理、网络安全性进行设计和规划，希望能使我国地质灾害管理信息系统真正 成为地质灾害部门、政府决策部门进行地质灾害管理、决策最有效手段，为城市 规划【2 “、环境保护、灾害的评估与预测提供准确、快速的依据，为把地质灾害 所造成的损失减少到最少程度作出应有的贡献。 1 3 3 本论文研究的主要内容 针对目前我国当前矿山地质灾害管理信息系统具有标准性差、系统的可维护 性差、培训工作复杂、软件开发难度大且周期长、应用水平低，与地质灾害防治、 预测、预报及空间分析的需求还存在一定的差距，因此现在有很多的科研机构使 用基于g i s 模式，但它需要很好的设计一套既使用用方便，而且费用较低的方 案，同时它需要很高的安全措施作为保证。基于这样的情况，本论文研究的主要 内容如下： 1 ) 在查阅大量资料的基础上，总结了基于g i s 地质灾害信息管理系统设计 的理论基础，包括系统的总体结构设计、开发策略、开发步骤、开发方法以及系 统的安全设计 1 l j 1 3 】。 2 ) 应用数据库技术【2 0 】，详细地介绍了矿山地质灾害信息管理系统数据库 的设计与建立，包括数据信息的获取方案设计，系统逻辑设计和物理设计，属性 数据库及空间数据库的建立以及数据库的连接设计。 3 ) 运用模糊数学田j 的方法构建了矿山地质灾害区划性评价模型，在模型 的建立、模型和算法设计和模型的数学方法三个方面进行系统的阐述。 4 ) 采用v b 作为开发语言设计其良好的主体界面【6 】 1 9 1 ，以m a p i n f b 7 0 为开 发平台，充分利用该系统提供的二次开发函数库，结合专业分析系统，对系统的 各个功能模块的具体实现进行了初步的分析与研究。 5 ) 最后以湖北省地质灾害区划预测评价为示例【3 7 】【4 0 1 ，论证了基于g l s 地 质灾害信息管理系统区划评价与预测的可行性。 颤l 学位论文 基于g i s 地质灾害信息管理系统的设计基础 第二章基于g i s 的地质灾害信息管理系统的设计 地质灾害管理信息系统( g e o l o g i c a l h a z a r d m a n a g e m e n t i n f o h n a t i o n s y s t e m ， 简称g h m i s ) 是以一个基于g i s 技术，以解决地质灾害信息处理、灾害评价及 灾害危险发展预测相关技术问题的专题应用型信息系统，该系统从属性数据和空 间数据信息的有效获取、储存、查询和处理入手，提供灾情动态、实时环境评价、 危险性区划、地质灾害预警信息成果输出，为有关政府部门提供决策服务。本系 统的设计应遵循软件工程设计的一般思想和方法进行组织和管理，以保证本系统 软件开发的顺利实施与成功实现。 2 1 设计g h m i s 系统的需考虑的问题与步骤 2 1 1 设计g h m i s 系统的需考虑的问题 地质灾害管理信息系统的建立是一项具有很强的技术内容和社会内容的系 统工程，它受到各方面条件制约，所涉及的问题也很广泛。研究这些条件和涉及 的问题无疑有助于系统的建立和发展。概括起来需考虑如下几个方面的问题： 1 ) 开发系统具备的条件系统的开发必须在一定条件的基础上才能着手进 行，否则，盲目开发将会浪费大量的人力和物力，系统是难以成功的。企业用户 应该具备以下各基本条件：企业高层领导对建立系统必须有较深入的了解，这 样才能提出恰当的尽标，提供必要的资金保证和抽出精干的人员，制定全程的开 发策略，以保证工作的顺利发展；企业必须有建立系统的实际需求和追切性， 这样才能产生巨大的原动力：企业必须有一定的科学管理基础，只有在合理、 完善的规章制度，稳定的生产次序，一套科学的管理方法和完善准确的原始数据 的基础上，才能建立有效的地质灾害管理信息系统：必要的投资保证，并能提 供系统维护人员的编制和维护费用；所采集的基础信息和数据齐全、规范、准 确。 2 ) 开发前的准备工作开发前应进行可行性分析，组织相关开发人员进行 座谈、分析、类比，吸取其他企业类似系统的开发经验和失败教训，可以在系统 开发中少走弯路；选择合适的开发方式；确定系统目标、开发策略和投资金额； 收集和整理基础数据。 3 ) 尽量发挥系统的效用为了使基于g i s 地质灾害管理信息系统尽可能发 挥作用，应该在基于g i s 地质灾害管理信息系统中尽可能作用那些前沿的新技 术，经常对基于g i s 地质灾害管理信息系统的信息进行更新，更新的内容以有 用为基准，如新技术开发、最近的地质灾害信息，区域开发计划等，使相关人员 尽可能多地使用基于g i s 地质灾害管理信息系统网进行工作。 4 ) 基于g i s 地质灾害管理信息系统应用范围由于系统服务的用户大多为 基层收集地质灾害信息与灾情勘察的技术人员和地质灾害管理决策部门，用户分 硕士学位论文 基于g i s 地质灾害信息管理系统的设计摹础 布广且杂，所涉及的信息、数据比较多，因此系统的成败依赖于成本的降低和工 作效率的提高。 5 ) 在建立基于g i s 地质灾害管理信息系统的过程中，还要考虑系统在跨越 一系列平台工作时( 如通过u n i x 、w i n d o w s 和其他平台上的浏览器) 必须细致 地调整所用的应用程序来支持某种特定的浏览器。所以要努力解决平台的冲突问 题并建立起相应的行业标准【1 5 j 。 6 ) 基于g i s 地质灾害管理信息系统的运行系统在没有连上i n t e m e t 网的 时候可以单独运行，不一定非得与外界相连，因为系统已经使用了很多的i n t e m e t 的流行技术，如w 曲服务器、浏览器、网上交谈，新闻和邮件服务器，如果用 户非得访问i n t e m e t 上的内容，必须采取一定的方法保证系统的安全，如防火墙、 s s l ( 安全套连接) 、密码检验和禁止某些i p 地址的访问以及其他技术等。 2 1 2 设计g h m l s 系统的需考虑的步骤 建立基于g i s 地质灾害管理信息系统的基本步骤如下： 1 ) 根据用户需求进行立项、调研、可行性分析并确定基于g i s 地质灾害管 理信息系统规模： 2 ) 确定系统开发的基本原则，选择硬件、网络及软件开发平台； 3 ) 系统设计总体设计、标准集的产生、系统详细设计、模型建立、数据 库设计； 4 ) 建立一定的安全保护设施； 5 ) 可选择性地建立与i n t e m e t 的物理连接 6 ) 系统的组装、试动行、诊断； 7 ) 系统交付使用和更新。 2 2 地质灾害信息系统的开发步骤 2 2 1 系统开发准备 系统开发准备与资料收集主要包括系统可行性研究、系统调查与研究、成立 系统开发小组、制定系统开发计划及各种地质资料与数据的收集1 2 】。 1 ) 系统可行性研究 可行性研究可以对拟建的系统在技术上的先进性、适用性，在经济上合理性、 盈利性，社会性以及系统的实旌等方面进行深入的分析，确定目标，提出问题， 制定方案并进行系统评估，从而为决策部门提供科学的依据。如果可行得到批准， 则可以进行下l 步的工作，否则停止或重新进行可行性分析与讨论。 2 ) 系统调查与研究 “没有调查就没有发言权”，新系统的系统分析与系统设计工作都要建立在 现行系统调查的基础上，需要调查现行系统的运行情况、问题和类似系统经验与 堡兰兰堡堡兰 苎鱼坚些璺壅量笪星笪里墨堑堕兰! 苎堕 教训等，明确用户的需求，特别是开发和委托方式。 3 ) 成立开发小组 系统开发立项工作得到批准后，其主要工作是成立系统开发小组。人员构成 一般应包括领导、用户、系统分析员、系统设计员、程序员、系统操作员、数据 录入等人员。 4 ) 制订系统开发计划 合理的开发计划是成功开发系统的另一个重要因素。要根据新系统的目标、 投入的资源、各种约束，估计系统开发各阶段的时间、人力、资金、要求等，制 定一个可行合理的开发计划，并且要准备应急等备用计划，以确保开发工作有条 不紊。计划的管理可以采用多种方法和图表，如检查、会议交流、汇报、网络图、 资源使用图等。 5 ) 资料与数据的收集 资料与数据的采集工作一般由用户完成，开发者只要把这些信息进行归类、 整理存档。本系统的空间数据库所需的数据信息是非常复杂的，概括起来有：描 述各种地质灾害现状的资料、各种地质灾害活动历史( 或发生发展过程) 、各种 地质灾害的经济损失和社会影响、对单位地质灾害预测防治所需要的基础地质资 料、宏观背景基础地质资料、社会背景( 人类工程活动情况) 。 2 2 2g h m i s 系统的基本结构 根据需求分析和系统开发的总体目标，g h m i s 系统是在g i s 工具基础上开 发的、运行于中文w i n d o w s 环境下的应用型分析系统，它是一个多功能、多模 块集成的管理系统1 3 “，它是由人机交互层、系统功能层、数据管理层、系统支 持层、系统驱动层、硬件驱动层6 个层面及信息采集、信息检索、信息可视与 g i s ，信息输出和系统说明与帮助5 个功能模块组成，其总体结构如图2 一l 所 不： 1 ) 人机交互层( 用户层) 系统与终端用户的接口，鼠标和键盘支持的全汉 字视窗界面，可以用人机对话的方式进行操作，使用方便，简单易 2 ) 系统功能层该层为整个信息系统的核心部分，共五大模块，具体内容 见系统功能介绍。 3 ) 数据管理层该层用于管理数据库中各不同种类、不同属性的数据，保 持数据的安全性和正确性，便于系统各模块调用数据。 4 ) 系统支持层该层用于支持系统功能层，主要包括：a ：数据处理，用于 支持数据的统计、检索处理、以表格或统计图的形式表现出来，b ：地图处理，用 于图形的分层，空间数据的处理与分析，c ：数学模型，用于各种预测和灾情损失 的评价。 1 0 硕士学位论文 基于g i s 地质灾害信息管理系统的设计基础 5 ) 系统驱动层该层包括数据库驱动( 为数据库系统提供支持) 、图形驱动 ( 为地图显示、图层分析等提供支持) 和中文驱动( 为中文菜单显示及地图汉字 标准提供支持) 等。 6 ) 硬件驱动层用于驱动各类硬件，包括显示卡、声卡、网卡、打印机、 绘图仪、数字化仪( 扫描仪) 及调制解调器等。 人机交互层 系统功能层 敬据管理层 系统支持层 莱统3 b 动层 图2 一l 地质灾害管理信息系统总体结构图 2 2 3 g h m i s 系统的主要功能 地质灾害管理信息系统作为一种专题型的应用地理信息系统，在实现地质灾 害数据信息管理的同时，还应具有数据分析能力。概括起来应具有如下主要功能： 1 ) 信息采集与更新功能：g h m i s 系统应提供多种形式的数据信息输入功 能，包括图形、声音、文字、表格等，输入方式应有扫描矢量化输入、数字化仪 输入、键盘输入、鼠标输入用数据格式转换输入等多种途径。矢量数据录入主要 堡主兰丝丝壅 苎主鱼坚i ! 坚堕壅宣笪星笪些墨竺塑堡生墅旦 利用扫描仪扫描后通过m a p i n f o 软件进行矢量化、建立拓扑关系、要素分层等处 理后将数据转入m a p j n f o ；录象、声音等多媒体数据则通过解译后分别以m p g 和w a v 文件形放入数据库的相应位置；文字、表格等属性数据在建好数据库后 可以直接通过键盘录入。各类数据输入后系统提供信息存储功能并实时将录入的 信息保存在系统数据库中。随着时间序列的延长，地质灾害信息及相关的社会、 经济、环境数据会发生变化，系统数据需要不断更新和补充完善。本系统提供了 方便灵活的数据更新功能，用户可以根据需要随时修改、编辑及增删各类数据； 而且，用户还可以利用o p e n g i s 的互操作技术调用远程开放数据库的信息以更 新自身数据库。该功能既充分保证了系统数据的现势性，又可以减少冗余数据的 录入。 2 ) 数据信息的编辑根据空间图形的特点，实现点、线、面三种图形元素 及其属性数据的编辑，并能进行拓朴处理，便于空间分析模型的应用。 3 ) 信息检索与查询功能g i s 支持的m i s 提供图形数据的缩放显示和图 形漫游功能和图元外挂属性数据库的连接功能，使外挂数据库和图元得到有机的 结合，并实现图元与属性的同步显示，可以同时对空间和属性数据进行方便、灵 活、准确的查询与定位。系统中设计了分类查询、模糊查询、空间条件查询及综 合条件查询等查询方式，其查询功能主要是针对基础地图和各种专题数据的查询 需求而设计的，提供了图形和属性检索、图形和外挂数据联动检索并支持“并集” 方式，具有空间位置、属性、范围及关系等各种查询功能，检索结果( 无论是图 元还是属性) 可以立即显示出来，其查询结果可直接形成数据文件。 4 ) 地质灾害专用空间分析模型系统应提供一个模型库系统来管理地质灾 害空间分析模型，实现对多个模型的同时管理，可以创建模型、删除已有模型， 并可对当前的模型进行模型修改( 再设计) 。系统提供了方便的模型设计向导， 方便地实现模型评价因素的选择和评价参数的输入。系统根据设计好的模型进行 模型分析运算，并将模型分析运算结果提交图形库管理。 5 ) 信息可视与g i s 功能系统可以将数据库中的信息以文字、地图、图 片( 像) 等形式加以显示，并为用户提供丌窗、放大、缩小、地物的分层显示和 各种要素多因子叠加分析等功能；系统应采用多媒体技术实现资源信息的科学管 理，提供信息服务；同时系统在管理空间的同时，对图形、图像、声音、动画 等形式的信息进行管理和播放，可以大大增强信息的表现能力，通过对对地质灾 害及影响区的实物